A mugellói hétvége igazi motorsport-ünneppé vált, hiszen rekordot döntött a kilátogatók száma: összesen 166.000 szurkoló követte élőben a verseny izgalmait.
A vasárnapi futam rajtja jól alakult Marc Márquez és Francesco Bagnaia számára – a két klasszis gyakorlatilag egymás mellett robbant ki a rajtrácsról. Bagnaia hamar átvette a vezetést, mögötte Marc és Álex Márquez sorakozott fel.
A második kör elején Marc Márquez úgy döntött, támadásba lendül, és egy precíz manőverrel át is vette a vezetést Bagnaiától. Az elöl zajló párharc intenzitása lehetőséget adott Álex Márqueznek is, hogy újra felzárkózzon.
A harmadik körben valódi adok-kapok bontakozott ki Bagnaia és Marc Márquez között – a két csapattárs keményen csatázott, olyannyira, hogy még össze is értek. Bagnaia kénytelen volt elvenni a gázt, így visszacsúszott a harmadik helyre.
A negyedik kör elején azonban Bagnaia újra erőre kapott: gyorsan visszaverekedte magát a második pozícióba, majd azonnal támadásba lendült. Magabiztos manőverrel megelőzte Márquezt, visszavéve a vezető helyet – a mugellói közönség legnagyobb örömére. Világbajnokokhoz méltó csatát láthattunk a két versenyző között, folyamatosan ment a helycsere, amiben Álex Márquez is becsatlakozott és kihasználva a heves csatát, átvette a vezetést. Marc Márquez és Bagnaia között immár a második helyért zajlott a csata, amit előbbi nyert meg.
A kilencedik körben újabb fordulat következett: Marc Márquez átvette a vezetést, miközben Bagnaia lemaradása fokozatosan nőtt.
Eközben Maverick Viñales remekül haladt előre a mezőnyben, ám lendületét megtörte egy ütközés Franco Morbidellivel. Viñales láthatóan dühösen reagált az esetre, amelyet a versenyfelügyelők azonnal kivizsgáltak. A felelősség egyértelműen Morbidellié volt, aki ezért hosszú körös büntetést kapott. Az olasz azonban nem megfelelő módon teljesítette a büntetését, így újabb hosszú körre kötelezték.
A büntetésekkel Morbidelli jelentősen visszaesett, a negyedik helyet pedig Fabio Di Giannantonio örökölte meg Marco Bezzecchi előtt.
Másodszorra sikerült a szabályoknak megfelelően letölteni a büntetést, Pedro Acosta elé, a hetedik helyre ért vissza.
A futam felénél Marc Márqueznek már egy másodperc körüli volt az előnye az első helyen, Bagnaia pedig testvérét kergette a második helyért és Di Giannantonio is vészesen közeledett rájuk.
A kétszeres világbajnok rövidesen lemaradt Álex Márquezről, így elveszítette esélyeit a dobogó magasabb fokára. Di Giannantonio elképesztő tempót diktált Bagnaia mögött, így nem nyugodhatott meg a harmadik helyen sem. Körökön keresztül közvetlen közelről követte honfitársát. Két körrel a leintés előtt szánta el magát az előzésre és sikeresen végrehajtotta a manővert.
Marc Márquez két másodperces előnnyel nyerte a futamot testvére előtt, akit Di Giannantonio megközelített, de előzésre már nem maradt ideje.